親近數學:用微積分知識解釋彩虹現象

2021-03-01 科學出版社數學教育

圖1

如圖所示,一束太陽光在球形雨滴

其中

光線偏轉角

的光線發生了

圖2

從觀察者到彩虹的最高點角度

接下來解釋彩虹的顏色. 太陽光由一系列光譜組成,紅色、橙色、黃色、綠色、藍色、靛色、紫色.牛頓1666年的稜鏡實驗發現, 不同顏色的光的折射率不同: 

紅色

對每種顏色光的折射率重複上面問題討論,可以得到紅色光的彩虹角大約為

本圖來源於網絡,感謝原作者


主彩虹的上面有另一個模糊的副彩虹. 因為光線在

圖3

光線偏轉的角度是逆時針旋轉的所有角度之和, 即光線經歷的四個階段.

用公式表達:

將當

圖4

根據副彩虹的偏轉角度表達式可知:

通過微積分知識解釋的彩虹現象與實際我們見到的自然界中的彩虹現一致,  你看懂了麼?  


本圖來源於網絡,感謝原作者

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